DESENVOLVIMENTO DE SENSOR DE SALINIDADE A BAIXO CUSTO APLICADO NO ENSINO DA FÍSICA PARA A TURMA DO CURSO DE ENGENHARIA DE PESCA DA UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO/ UNIDADE ACADÊMICA DE SERRA TALHADA (UFRPE/UAST)

## DESENVOLVIMENTO DE SENSOR DE SALINIDADE A BAIXO CUSTO APLICADO NO ENSINO DA FÍSICA PARA A TURMA DO CURSO DE ENGENHARIA DE PESCA DA UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO/ UNIDADE ACADÊMICA DE SERRA TALHADA (UFRPE/UAST)

Luiz Carlos da Silva Junior , Luana Gonçalves Torres , Mário Henrique Bento 1 2 Gonçalves e Oliveira , Robevânia da Silva Souza , Rebeca Micaela da Silva 3 4 5

- 1 Universidade Federal Rural de Pernambuco, junior\_sofisica@hotmail.com
- 2 Universidade Federal Rural de Pernambuco, engpescalu@gmail.com
- 3 Universidade Federal Rural de Pernambuco, mario.oliviera@ufrpe.br
- 4 Universidade Federal Rural de Pernambuco, robervaniape@gmail.com

## Resumo

A física é uma das disciplinas presentes na ementa do curso de engenharia de pesca, a sua aplicação é de suma importância para o curso, especialmente para elaboração de pesquisas, desenvolvimento de materiais e tecnologias, proporcionando aos estudantes a atuação em conjunto com algumas áreas, tais como eletrônica, energia e automação. O trabalho tem a finalidade de mostrar a integração da física com o curso de engenharia de pesca, em particular os estudantes do curso na Universidade Federal Rural de Pernambuco/ Unidade Acadêmica de Serra Talhada (UFRPE/UAST) que desenvolveram o sensor capacitivo, usando a placa de microprocessamento Arduino para realizar a mensuração da salinidade na piscicultura, pois a placa Arduino possibilita a construção de sensores a baixo custo, enquanto os métodos convencionais possuem um elevado custo. A mensuração da salinidade é fundamental em piscicultura, pois as variações de salinidade podem influenciar de forma direta no crescimento de organismos aquáticos. Para a construção do sensor, os alunos utilizaram os conhecimentos da física adquiridos em sala de aula, o entendimento da eletrodinâmica, resistência elétrica, diferença de potencial e circuitos elétricos foram essenciais para a elaboração e desenvolvimento do sensor. O trabalho visa o beneficiamento de trabalhadores e profissionais que atuam na área da engenharia de pesca, e ao mesmo tempo possibilita que os estudantes de graduação do curso de engenharia de pesca desenvolvam habilidades, tais como; a construção de aparelhos eletrônicos, o entendimento em linguagem de programação e a aplicação dos conhecimentos da física para favorecer a área aquícola.

Palavras-chave: Engenharia de pesca; Física; Arduino.

## Introdução

A piscicultura é caracterizada pelo cultivo de animais aquáticos, principalmente de águas continentais, e o seu crescimento deve-se ao aumento da demanda, causada pelo crescimento populacional e pela busca crescente por alimentos saudáveis. Entre os fatores que influenciam no desenvolvimento da piscicultura, temos a modificação do hábito alimentar das pessoas, o surgimento de novos produtos mais utilitário para o consumo e a utilização desses animais para lazer e esporte. Para o sucesso na piscicultura, é essencial a realização do monitoramento dos parâmetros físicos e químicos da água, pois são esses fatores

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que influenciam de forma direta no desenvolvimento, crescimento, reprodução, alimentação, movimentação e digestão dos animais aquáticos. Dentre os parâmetros, a salinidade é um fator de extrema importância a ser observado, pois é responsável por mensurar a abundância de sais dissolvidos no meio aquático.

As alterações da salinidade pode induzir a elevação no consumo de oxigênio afetando as ações locomotoras e ingestão de alimento, influenciando dessa forma no crescimento do animal (MATTIOLI, 2014 apud MACEINA et al ., 1980; WANG et al. , 1997; ALTINOK & GRIZZLE, 2003; LUZ et al. , 2008).

A maioria das espécies dulcícolas apresenta a capacidade de realizar a osmorregulação, ou seja, conseguem conservar a pressão osmótica constante independentemente daquela do meio externo, dentro de certa faixa de variação. Esses animais são caracterizados como hiperosmóticos em relação ao meio, o seu sangue contém cerca de 9g de sais/litro, e para sustentar sua osmolaridade necessitam consumir energia concentrando ativamente íons de um meio com baixa concentração de sais, sendo que o íon sódio é responsável por cerca de 75 a 80% do sal presente no sangue dos peixes. (SENA et al. ,2013)

- O presente trabalho teve como finalidade construir um sensor capacitivo para a mensuração da salinidade, utilizando os conhecimentos de física adquiridos pelos alunos do curso de engenharia de pesca. A física é uma disciplina integrante do curso de engenharia de pesca, sendo que sua aplicação é fundamental na engenharia, principalmente para ser utilizadas em pesquisas e desenvolvimento de materiais e tecnologias, possibilitando aos estudantes aproveitarem o conhecimento de tais áreas como eletrônica, energia e automação na sua atuação profissional.

## Descrição do trabalho desenvolvido

## Local De Desenvolvimento Do Trabalho

- O experimento foi realizado no Laboratório de Energia, Física e Matemática na Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE), Unidade Acadêmica de Serra Talhada (UAST).

## Sobre o Arduino

- O Arduino é considerado uma plataforma de prototipagem eletrônica, essencial para ser utilizado no desenvolvimento e controle de sistemas interativos, sendo uma alternativa de baixo custo, acessível a todos. Através do Arduino (figura 1) é aceitável enviar e receber informações praticamente de qualquer outro sistema eletrônico. Permitindo dessa forma, a construção de diversos aparelhos para serem utilizados em projetos acadêmicos (SOUZA, 2018). O Arduino Uno é composto por microprocessador, memória RAM, memória flash, temporizadores e condutores, possuem 14 pinos considerados como entrada e saída digitais que devem ser configurados antes de serem acessados conforme a necessidade do projeto. Os 14 pinos são numerados de 0 a 13, com tensão de operação de 0 a 5 V, pinos de alimentação com 3,3 V, 5 V e terra (GND) e conversor serial USB.

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Figura 1: Representação do Arduino com seus respectivos constituintes. FONTE: SOUZA, 2018.

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## Construção do sensor Capacitivo Arduino para a mensuração da salinidade

A construção do sensor capacitivo (figura 2) foi constituída utilizando-se de uma placa Arduino Uno com a função de processar e armazenar os dados da leitura do potencial, o mesmo conectado a protoboard através de jumpers ligados as placas paralelas de aço inoxidável, essas placas são responsáveis pela captação dos dados da diferença de potencial após os acréscimos de NaCl (Cloreto de Sódio). Para armazenamento dos dados foi utilizado um leitor de cartão SD vinculado ao Arduino. A programação do Arduino utilizada foi baseada em uma linguagem Wiring, considerada de simples manuseio, de maneira a controlar o hardware.

Figura 2: Representação esquemática do sensor capacitivo construído para a Placa Arduino.

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## Realização da leitura da salinidade da água .

Utilizou-se um recipiente contendo 15L de água destilada, onde foram acrescentados de forma sucessiva 1g de NaCl a cada leitura. Foi usada uma balança analítica para a mensuração da quantidade de sal e após cada medida era realizada a homogeneização. As leituras da salinidade foram aferidas através das placas de aço inoxidáveis. Os íons presentes pela solubilização do sal incrementam a carga elétrica acumulada nas placas, variando assim a tensão entre as mesmas, essa variação de tensão é identificada pelo microprocessador e transformada em quantidade de sal presente em gramas por unidade de volume.

## Resultados Obtidos

A figura 3 representa a relação do comportamento da salinidade em relação ao tempo, dessa forma percebe-se que a condutividade é proporcional a salinidade devido à convergência entre as leituras feitas no Arduino e o cálculo da salinidade, usando a razão de NaCl pelo volume, e em especial para baixas salinidades. Ressaltando que a condutividade depende do inverso da tensão, pois pela definição de condutividade, tal grandeza depende do inverso do campo elétrico (HALLIDAY, RESNICK, WALKER, 2009).

A condutividade é utilizada para especificar o caráter elétrico de um material, em especial o metal. A condutividade elétrica depende da mobilidade dos íons ou elétrons livres no material, além de depender da concentração dos íons ou elétrons livres presentes no meio (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2009). No nosso caso, os íons de Na e Cl + -são em grande parte responsáveis pela condutividade elétrica, levando ao acúmulo de cargas nas placas, gerando uma tensão, que permite o surgimento de uma corrente elétrica nos terminais do sensor. A tensão nos terminais do sensor é convertida para salinidade, para que isso ocorra, consideramos a tensão dependente da concentração de íons, e essa concentração influencia diretamente na condutividade elétrica.

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## Arduino x Salinidade

Figura 3 : Representa a relação da salinidade em função do tempo, demonstrando o comportamento do Arduino e do cálculo da concentração de NaCl (salinidade).

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## Conclusões

O trabalho realizado mostrou para os alunos do curso de engenharia de pesca a grande importância da disciplina de física, provando que o entendimento dos princípios da referida disciplina é essencial para a elaboração de projetos aplicados na área aquícola, sendo possível a construção de sensores de baixo custo para utilização na mensuração de parâmetros físicos e químicos da água na piscicultura.

Entender os assuntos relacionados com a física foi essencial para a construção do sensor capacitivo, dentre tais assuntos a tensão, a corrente, a resistência elétrica, e o conhecimento de circuitos elétricos. Dessa forma, a física tem motivado os alunos do curso de engenharia de pesca da Universidade Federal Rural de Pernambuco/ Unidade Acadêmica de Serra Talhada (UFRPE/UAST) a elaborar projetos a serem implementados na piscicultura com o objetivo de realizar a mensuração dos parâmetros físicos e químicos da água, já que a placa Arduino permite a construção de sensores de baixo custo, enquanto os aparelhos convencionais utilizados na aquicultura possuem um elevado custo. Ao mesmo tempo, tal entendimento permite aos estudantes desenvolverem habilidades, tais como: a construção de aparelhos eletrônicos, a elaboração de programação e a aplicação dos princípios da física para favorecer a área aquícola.

Com a elaboração do trabalho foi possível observar que os estudantes participantes demonstraram mais interesse na área da física, possibilitando aos mesmos uma visão diferenciada sobre os conceitos físicos, permitindo a realização de pesquisas, tendo como meta o beneficiamento de trabalhadores e profissionais que atuam na área da engenharia de pesca, em especial o acesso a equipamentos de baixo custo.

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## Referências

MATTIOLI, C. C. Efeito da salinidade da água sobre juvenis de pacamã Lophiosilurus alexandri . 2014. 66 f. Dissertação (Mestrado em Zootecnia) - Escola de Veterinária da Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2014.

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de física . 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

ROBU, Arduino . Disponível em: &lt;https://robu.in/product/arduino-uno-r3oficial-version-development-board/&gt;. Acesso em: 09 mar. 2018.

SENA, M. V. A.; CHADDAD, P. A. S.; ALVES, P. S.; NASCIMENTO, J. S.; SANTOS, M. A. G.; MEDEIROS, S. N.; CASTRO, C. M. V. A. Efeitos da Salinidade no Crescimento de Tilápias Oreochromis niloticus (PERCIFORMES: CICHLIDAE). Jornada de Ensino, Pesquisa e Extensão , 13, 2013, Universidade Federal Rural de Pernambuco Recife. Anais eletrônicos. Disponível em: &lt;http://www.eventosufrpe.com.br/2013/cd/resumos/R1239-1.pdf&gt;. Acesso em: 09 mar. 2018.

SOUZA, F. Primeiros Passos com Arduino. Disponível em: &lt;https://www.embarcados.com.br/pinos-digitais-do-arduino/&gt;. Acesso em: 23 jul. 2018.

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